JPH0732181A - レーザ加工機用接触式倣い装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工機において加工ヘッド先端部とワ
ークの距離を一定に保持するための接触式倣い装置の改
良 【構成】 倣いの移動機構として少くとも４個の関節を
有するリンク機構としたこと。 【効果】 微小な運動抵抗で軽量なためワークに傷がつ
きにくく、かつスムーズで円滑な動作が行なえるので倣
い機構としての品質が安定し、かつ簡単な機構で安価で
あり装置全体もコンパクトな上にレーザ加工機用として
特別に必要な防塵性にも優れた装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ加工機において
加工ヘッド先端部と、被加工物の距離を一定に保持する
ための接触式倣い装置の移動（倣い）機構、等に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来装置として例えば実開平４−６３８
６号公報、特開平４−３３７９０号公報等に開示された
ものがあり、その従来装置の構造図を図７に示し説明す
る。図において１は加工ヘッド、２はワーク（被加工
物）、３は接触部である接触子、４は直線ガイド、４ａ
はハウジング、４ｂはシャフト、５はボール、６はリテ
ーナ、７は内カバー、８は外カバー、９は連結板、１０
は取付棒、１１は差動トランス、１２はソレノイドであ
る。

【０００３】次に動作について説明する。レーザ加工に
おいてはレーザビームを出力する加工ヘッド１の先端部
において集光されたレーザビームの焦点が常にワーク２
の表面か又はある一定の位置にあることがワークの加工
品質及び加工性能に大きな影響を与える。レーザ切断加
工においては加工ヘッド１とワーク２が通常Ｘ−Ｙ平面
内で相対移動し、所望の形状の切断加工が行われるがワ
ーク２が表面に凹凸が有ったり、傾斜していると上記の
相対移動に伴なって加工ヘッド１の先端部とワーク２の
距離が一定しない。レーザ加工機用接触式倣い装置の基
本的動作は直線ガイド４に回転方向の動作を規制され上
下方向のみ移動可能に取り付けられた接触子３をワーク
２の表面に当接しておき加工ヘッド１とワーク２の相対
移動に伴なってワークの凹凸や傾斜が生ずると接触子に
接続された連結板９が上下動作し、その変位量を差動ト
ランス１１が検出する。図示していないが加工ヘッド１
はＺ軸方向にサーボモータ等により駆動制御されてお
り、一般的には当初設定された加工ヘッド１の先端部と
ワーク２の距離、即ち差動トランス１１の初期設定（目
標）電圧が一定になるよう加工ヘッド１のＺ軸方向の位
置を駆動制御する。直線ガイド４は軽量で円滑な動作が
要求されるため微小な運動抵抗を実現する手段としてボ
ールスプラインが用いられている。回転動作を規制する
ためハウジング４ａとシャフト４ｂには夫々ボール５が
はまりこむ溝が付けられており、上下方向の動作はボー
ル５の互いの当接する溝面での転動により動作する。リ
テーナ６がボール５の相互干渉を防止するため設けられ
ているのは一般の玉軸受と同様な理由による。

【０００４】なお、図７では直線ガイド４、即ちボール
スプラインは直線的にボール５を配列した有限軌道の場
合を説明しているが、ボール５がハウジング４ａの中に
半円形軌道で入り込み再度ハウジング４ａの外へ循環動
作する無限軌道タイプのボールスプラインが用いられる
場合もある。この場合はリテーナ６は存在しない。レー
ザ加工では熱加工であるため加工中ワークから飛散する
スパッター、粉塵等が直線ガイド４の転動面に入り込み
動作不良を発生させない目的で内カバー７や外カバー８
を設けることにより防塵対策を実施している。又接触式
倣い装置であってもワークに傷が付く場合等、接触子３
を持上げて倣いの機能を無効として加工を行うことがあ
るがこの時の接触子３の持上げはソレノイド１２で行う
ようにする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の接触式倣い装置
は以上のように構成されているので、直線ガイド４（ボ
ールスプライン）が有限軌道タイプの場合、上下動作を
くり返すとボール５とリテーナ６の位置が徐々に移動し
初期状態に戻らなくなり、延いてはリテーナ６がストッ
パーに当たり、倣いの動作範囲を制限するため倣い装置
の機能が停止するという問題点があった。有限軌道タイ
プのボールスプラインはプレスのポンチとダイの案内や
工作機械の摺動機構等によく使われているがこのような
場合には外部からの強力な駆動力により、リテーナ６を
初期状態へ押し戻すことができるため問題とならない
が、本装置の如く微小な運動抵抗が要求される部分には
不適であることが判明した。

【０００６】直線ガイド４（ボールスプライン）が無限
軌道タイプの場合はボール５がハウジング４ａの半円形
軌道に入り込む時ボール相互の干渉や軌道面へのくい込
み現象が生ずるため運動抵抗が増大し、接触子３が動作
しない（引っかかる現象）ので倣い装置の機能が無くな
るという問題点があった。直線ガイドとしては回転方向
を規制しないボールブッシュを２個以上並列に用いる方
法や、特殊な直線ガイドを用いたりする方法もあるが高
価となり重量も増す上に上記の問題を解決することはで
きない。又、カムフォロアや玉軸受けを用いて直線ガイ
ド機構を構成することも可能だが構造が複雑で高価とな
り、レールと玉軸受外輪との間の防塵構造が必要となる
等問題点が多い。

【０００７】この発明は上記のような従来装置の問題点
を解決するためになされたもので、レーザ加工機用接触
式倣い装置で、移動機構の不具合のため倣いの機能が停
止することのない微小な運動抵抗で軽量スムーズ、円滑
な動作が行なえかつ簡単な機構で安価、装置全体も軽量
でコンパクトな上、レーザ加工機用として特有の防塵性
にも優れたレーザ加工機用接触式倣い装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工機用接触式倣い装置は、被加工物を加工する加工ベッ
ドと、被加工物表面と当接しその被加工物表面のレベル
の変動に応じた上下動を伝達する接触部と、上記上下動
による変位量を検出し、電気信号に変換する変位検出部
とを有し、上記変位検出部の出力に基いて、上記加工ヘ
ッド先端部と被加工物との距離を制御するレーザ加工機
用接触式倣い装置において、上記接触部から変位検出部
に上下動を伝達する手段として上記加工ヘッド側に固定
手段を設け、上記接触部側に移動手段を設け、上記固定
手段と移動手段を回転支持部を介して連結するリンク機
構とし加工ヘッド先端部と被加工物表面との距離を一定
に保持するものである。

【０００９】また、上記固定手段と移動手段の間に連動
手段を設け、上記連動手段の移動量を変位検出部で検出
するものである。

【００１０】また、上記連動手段を持上することにより
上記接触部を当接した被加工物より退避させるものであ
る。

【００１１】また、上記上下動を伝達する手段としての
リンク機構は、加工ヘッド側に取り付けられた固定手段
と接触部側に取り付けられた移動手段を回転支持部を介
して連結する連結リンクであって、上記回転支持部に支
持された回転手段の回転量に応じて移動手段の移動量を
検出するものである。

【００１２】また、上記連結リンクの回転支持部に支持
された回転手段の回転動作により上記接触部を当接した
被加工物より退避させるものである。

【００１３】

【作用】この発明におけるレーザ加工機用接触式倣い装
置は移動機構として回転支持部を介して移動手段と固定
手段を連結するリンク機構を有し、微小な運動抵抗下で
スムーズで円滑な倣い動作ができる。

【００１４】また、連動手段の移動量を検出すること
で、倣いのストロークを大きくしたり、装置がコンパク
トにできる。

【００１５】また、連動手段を持上することにより移動
手段、接触子を持上することは倣いの持上ストロークを
大きくしたり、装置がコンパクトにできる。

【００１６】また、連結リンクの回転シャフトにおける
回転量を移動手段の移動量として検出することで倣いの
ストロークを大きくしたり、装置がコンパクトにでき
る。

【００１７】また、連結リンクを回転動作させることに
より移動手段、接触子を持上させることで、倣いの持上
ストロークを大きくしたり、装置がコンパクトにでき
る。

【００１８】

【実施例】

実施例１．以下この発明の一実施例を図について説明す
る。図１はこの発明における一実施例によるレーザ加工
機用接触式倣い装置の構成図で、１は加工ヘッド、２は
ワーク（被加工物）、３は接触部たる接触子で従来装置
と同様である。又、図示していないが加工ヘッド１は倣
い装置と共にＺ軸方向に駆動制御される。１３は加工ヘ
ッド１側に取付けられた固定手段たる固定棒、１４は移
動手段たる移動棒で接触子３が先端に取付けられてい
る。１５ａ，１５ｂは固定棒１３と移動棒１４を回転支
持部である４個の関節１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ
を介して連結する連結リンクで、固定棒１３，移動棒１
４，連結リンク１５ａ，１５ｂ、４個の関節１６ａ〜１
６ｄでリンク機構を構成している。接触子３の上下方向
の動きは移動棒１４の固定棒１３に対する変位量の検出
を差動トランス１１を用い、接触子３、移動棒１４の持
上げはソレノイド１２を用いて従来装置と同様に行なう
ことができる。

【００１９】図２はこの発明の構成図のリンク機構部分
を具体化したこの構造図であり、固定棒１３、移動棒１
４にはそれぞれ２本づつのピン２６が取付けられピン２
６の両端には玉軸受１７の内輪が嵌合している。取付け
られた玉軸受１７の外輪には連結リンク１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ，１５ｄが夫々嵌合してリンク機構を構成し
ている。動作はリンクの関節となるピン１６と玉軸受１
７を介して図１に示す如く固定棒１３に対して移動棒１
４及び接触子３が上下動作を行う。９は連結板で図示し
てないが従来装置のように差動トランス１１、及びソレ
ノイド１２と連結をとる構造となっている。玉軸受１７
にはシールドベアリングが用いられ軽量で防塵性を満す
と共に円滑でスムーズな倣い動作を保証している。ま
た、この実施例ではリンク機構の関節の数を４個とした
が関節の数を限定するものではない。

【００２０】接触子３の動作を図３の動作図で更に詳細
に説明すると関節をＰ，Ｑ、関節の距離（リンク長）を
Ｒ、倣い装置のストローク（高さ）ｈ、連結リンクの回
転角２θ、接触子の水平方向のズレδとすると、δは以
下の式で表わされる。

【００２１】 δ＝Ｒ［１−ｃｏｓ｛ｓｉｎ^-1（ｈ／２Ｒ）｝］

【００２２】倣い装置のストロークｈ＝１２ｍｍ，リン
ク長Ｒ＝３０ｍｍとするとδ≒０．６ｍｍとなる。通常
のレーザ加工機では加工ヘッド１の先端部と接触子３と
の水平方向間隔は５ｍｍ程度あり、この発明のリンク機
構をレーザ加工機の接触式倣い装置として用いる場合予
測される問題であった接触子の水平方向のズレによる加
工ヘッド先端部と接触子の干渉は回避できる。

【００２３】実施例２．次にこの発明の他の実施例を図
４の構造図で説明する。１８は固定棒１３と移動棒１４
及び連結リンク１５ａ，１５ｂで構成されたリンク機構
の固定棒１３と移動棒１４の間に設けられた連動棒であ
り本リンク機構は６個の関節を有している。１９ａ，１
９ｂは連動棒に取付けられた取付板で外カバー８に取付
けられた差動トランス１１とソレノイド１２と連結を取
る構造となっている。この実施例に係る装置では連動棒
１８の移動量を取付板１９ａを介して差動トランス１１
により検出をする。たとえば連動棒１８が固定棒１３と
移動棒１４の中間に位置するよう取付けられた場合は、
接触子３、移動棒１４の倣い装置のストロークの半分の
上下ストロークが連動棒１８で得られる。従って、倣い
装置のストロークを大きくしたり、装置を小型化するこ
とが可能になる。

【００２４】この実施例に係る装置では連動棒１８を取
付板１９ｂを介してソレノイド１２により持上すること
により連結した移動棒１４及び接触子３を持上する。た
とえば連動棒１８が固定棒１３と移動棒１４の中間に位
置するよう取付けられた場合は、必要とする接触子３の
持上量の半分のストロークでソレノイド１２により持上
することができる。従って、接触子３の持上のストロー
クを大きくしたり、装置を小型化することが可能であ
る。この実施例では連動棒１８は固定棒１３と移動棒１
４の中間に設けたが固定棒１３側に近く設ければ装置の
小型化に対し効果が大きい。

【００２５】実施例３．次にこの発明に係るさらに他の
実施例を図５に構造図、図６に図５のＡ−Ａ´断面拡大
図を示し説明する。ピン１６はセットネジ２０により移
動棒１４に固定されている、シャフト２１はセットネジ
２０により夫々連結リンク１５ａ，１５ｃに固定されて
いる。１７は玉軸受でシャフト２１と連結リンク１５
ａ，１５ｃ等の回転動作を可能としている。固定棒１３
には支持板２５を取付け、支持板２５にはロータリエン
コーダ（回転角度検出器）２３とロータリソレノイド２
４が取付けられている。ロータリエンコーダ２３とロー
タリソレノイド２４の回転軸はシャフト２１とカップリ
ング２２ａ，２２ｂにより夫々締結されている。基本的
には図１に示すものと同様なリンク機構となっているが
シャフト２１は連結リンク１５ａ，１５ｃとともに回転
動作する構造となっている。

【００２６】この実施例に係る装置では、固定棒１３と
移動棒１４を連結する連結リンク１５ａ，１５ｃの関節
であるシャフト２１における回転量をロータリエンコー
ダ２３で回転角度で、検出することによりこの回転量に
比例して移動棒１４、接触子３の上下移動量として換算
することができるので倣いのストロークを大きくすると
ともに、装置を小型化することができる。

【００２７】またこの実施例に係る装置では固定棒１３
と移動棒１４を連結する連結リンク１５ａ，１５ｃの関
節であるシャフト２１において連結リンク１５ａ，１５
ｃをロータリソレノイド２４により回転動作させること
により移動棒１４、接触子３を持上する。従って、倣い
の持上ストロークを大きくしたり、装置を小型化するこ
とができる。

【００２８】以上の実施例において、直線運動の距離計
測と持上駆動に夫々差動トランス１１とソレノイド１２
を用いているがたとえば距離計測にはリニヤエンコーダ
やレーザによる非接触距離計等を用いてもよく持上駆動
にはエヤーシリンダーやモータ等を用いても同様な効果
を奏する。またロータリエンコーダやロータリソレノイ
ドも他の手段におきかえることは容易である。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、倣いの
移動機構を移動手段と固定手段を回転支持部を介して連
結するリンク機構としたので、移動機構の不具合で倣い
の機能が無効となることがなく、微小な運動抵抗であ
り、倣いの移動機構を軽量化できるのでワークに傷がつ
きにくく、かつスムーズで円滑な動作が行え、装置全体
も軽量でコンパクトにすることができるとともにレーザ
加工機用として必要な防塵性にも優れた装置が得られ
る。

【００３０】また、中間の連動棒の移動量を検出するよ
うに構成し、連動棒の持上により接触子を持上させるよ
うに構成したので、距離計測の検出器と持上駆動に現状
のサイズを用いれば倣いのストロークや接触子の持上ス
トロークを大きくでき、現状のストロークを維持するな
らば小型の検出器や駆動機器が使えるため装置がコンパ
クトにできる効果がある。

【００３１】また、連結リンクの関節における回転量を
検出するよう構成したので連結リンクを回転動作させる
よう直線運動の距離計測の検出器や持上駆動機器ではな
く回転動作の検出器（ロータリエンコーダ）や駆動機器
（モータ等）が使えるため倣いのストロークや接触子の
持上ストロークを任意に容易に拡大できるとともに小
型、コンパクトな装置とできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるレーザ加工機用接触
式倣い装置の構成図である。

【図２】図１の構成図を具体化した構成図である。

【図３】この発明の一実施例によるレーザ加工機用接触
式倣い装置の動作図である。

【図４】この発明の他の実施例によるレーザ加工機用接
触式倣い装置の構成図である。

【図５】この発明のさらに他の実施例によるレーザ加工
機用接触式倣い装置の構成図である。

【図６】図５のＡ−Ａ’断面拡大図である。

【図７】従来のレーザ加工機用接触式倣い装置の構造図
である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド ２ ワーク ３ 接触子 ４ 直線ガイド ４ａ ハウジング ４ｂ シャフト ５ ボール ６ リテーナ ７ 内カバー ８ 外カバー ９ 連結板 １０ 取付棒 １１ 差動トランス １２ ソレノイド １３ 固定棒 １４ 移動棒 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 連結リンク １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 関節 １７ 玉軸受 １８ 連動棒 １９ａ，１９ｂ 取付板 ２０ セットネジ ２１ シャフト ２２ａ，２２ｂ カップリング ２３ ロータリエンコーダ ２４ ロータリソレノイド ２５ 支持板 ２６ ピン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を加工する加工ベッドと、被加
   工物表面と当接しその被加工物表面のレベルの変動に応
   じた上下動を伝達する接触部と、上記上下動による変位
   量を検出し、電気信号に変換する変位検出部とを有し、
   上記変位検出部の出力に基いて、上記加工ヘッド先端部
   と被加工物との距離を制御するレーザ加工機用接触式倣
   い装置において、上記接触部から変位検出部に上下動を
   伝達する手段として上記加工ヘッド側に固定手段を設
   け、上記接触部側に移動手段を設け、上記固定手段と移
   動手段を回転支持部を介して連結するリンク機構とし加
   工ヘッド先端部と被加工物表面との距離を一定に保持す
   ることを特徴とするレーザ加工機用接触式倣い装置。
2. 【請求項２】 上記固定手段と移動手段の間に連動手段
   を設け、上記連動手段の移動量を変位検出部で検出する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ加
   工機用接触式倣い装置。
3. 【請求項３】 上記連動手段を持上することにより上記
   接触部を当接した被加工物より退避させることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のレーザ加工機用接触式
   倣い装置。
4. 【請求項４】 上記上下動を伝達する手段としてのリン
   ク機構は、加工ヘッド側に取り付けられた固定手段と接
   触部側に取り付けられた移動手段を回転支持部を介して
   連結する連結リンクであって、上記回転支持部に支持さ
   れた回転手段の回転量に応じて移動手段の移動量を検出
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレー
   ザ加工機用接触式倣い装置。
5. 【請求項５】 上記連結リンクの回転支持部に支持され
   た回転手段の回転動作により上記接触部を当接した被加
   工物より退避させることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載のレーザ加工機用接触式倣い装置。